Was ist LiDAR und wie funktioniert es mit Reality Cloud Studio, powered by HxDR?
Wenn Sie sich noch nicht lange mit Reality Capture befassen, erhalten Sie hier einen kurzen Überblick darüber, was LiDAR und Laserscanning-Technologie ist, wie beides funktioniert und zur Erstellung von Punktwolken für Reality Cloud Studio, unserer cloudbasierten Plattform für Zusammenarbeit, automatisierte Datenregistrierung, Vernetzung und Datenspeicherung, eingesetzt wird.
Sprechen wir zunächst über LiDAR
LiDAR (Light Detection and Ranging) wurde 1960 erfunden und wurde lange nur in der Super-High-Technologie mit speziellen Geräten und ausgebildeten Fachleuten eingesetzt. Heute sind LiDAR-Sensoren in unseren Autos und Smartphones, Staubsaugerrobotern und landwirtschaftlichen Geräten nicht mehr wegzudenken.
Sowohl mechanische als auch Festkörper-LiDAR-Sensoren kommen bei einem Großteil der Hardware von Leica Geosystems, wie beispielsweise die BLK-Serie oder auch Leica RTC360 zum Tragen. Mit ein paar Lasern und der richtigen Kombination aus Soft- und Firmware lässt sich die ganze Welt in 3D erfassen.
Aber was genau ist LiDAR und wie funktioniert es?
LiDAR einfach erklärt
LiDAR ist unkompliziert – ähnlich dem Radar. Es sendet einen Laserimpuls auf das zu messende Objekt, der dann vom Objekt reflektiert wird und wieder zur LiDAR-Einheit zurückkehrt. Die Entfernung wird gemessen, indem die Zeitspanne zwischen dem Impuls und der Erkennung des reflektierten Impulses erfasst wird. Jede dieser Lasermessungen ist ein ‚Punkt‘. Durch die extrem schnelle Wiederholung dieses Prozesses – millionenfach pro Sekunde – erstellt das System eine detailgenaue Punktwolke.
Dies ist das Grundprinzip von LiDAR-Geräten im Allgemeinen. Dabei gibt es zwei primäre Ansätze für LiDAR-Messungen beim 3D-Laserscanning: Mechanisches LiDAR, wie das zweiachsige LiDAR im Leica BLK360, Leica RTC360, Leica BLK2GO und Festkörper-LiDAR, wie bei den dualen Time-of-Flight (ToF)-Sensoren des Leica BLK2GO PULSE.
Und so funktioniert es.
Mechanisches LiDAR
Mechanische LiDAR-Systeme verwenden rotierende Spiegel oder Prismen, um einen Laserstrahl über ein breites Messfeld zu lenken und so Punkte vor, über und hinter dem Laserscanner zu erfassen. Diese Sensoren sind der Goldstandard für hochauflösende 3D-Umgebungserfassung mit einer entsprechenden Reichweite, die von der Stärke des Lasers und dem konzentrierten Laserstrahl bestimmt wird.
Festkörper-LiDAR
Festkörper-LiDAR hingegen hat keine beweglichen Teile. Es ist klein, robust und kompakt und wird deshalb bei Konsumgütern wie High-End-Smartphones eingesetzt.
Der BLK2GO PULSE beispielsweise verwendet ein Festkörper-LiDAR-System mit zwei Time-of-Flight-Sensoren, die in Echtzeit messen, wie lange der Laserstrahl benötigt, um zum Sensor zurückzukehren. Da es sich um ein Festkörpersystem handelt, sind die Messungen und die Datenverarbeitung synchronisiert. Im Gegensatz zu mechanischem LiDAR kann der BLK2GO PULSE genaue Punktwolken erfassen und dem Anwender in Echtzeit bereitstellen. Der Trade-Off bei einem Festkörper-LiDAR ist ein schmales Messfeld mit geringerer Präzision.
Wie erzeugt LiDAR eine Punktwolke?
Wir haben besprochen, wie LiDAR einen Punkt erzeugt, aber wie wird eine Punktwolke erstellt?
Um eine Punktwolke zu erfassen – eine Sammlung von Millionen von Messungen in drei Dimensionen, die eine reale Struktur, ein Gebäude oder ein Objekt repräsentieren – arbeitet LiDAR in einem Laserscanner deutlich schneller als ein Laserentfernungsmesser mit ähnlicher Technologie. Im BLK360 beispielsweise werden 680.000 Laserpunkte pro Sekunde gesendet und empfangen, während der Scanner um 360 Grad rotiert, um den gesamten Raum zu erfassen. In gewisser Hinsicht ist LiDAR sozusagen ein Laserentfernungsmesser, der jedoch durch Hard- und Software optimiert wird. Da es so schnell arbeitet und Messungen in 360 Grad erfasst, erzeugt es eine Punktwolke, anstatt nur eine oder mehrere Messungen gleichzeitig zu erfassen.
Diese Punkte – einzelne LiDAR-Messungen – werden innerhalb von Sekunden zu einer digitalen Darstellung dessen zusammengeführt, was der Laserscanner erfasst hat. Dies kann ein ganzer Raum, ein ganzes Gebäude oder sogar eine Außenumgebung sein. Erfasst wird alles, was sich in der Sichtlinie des Laserentfernungsmessers des Laserscanners befindet.
